DE1260607B

DE1260607B - Power converter with capacitors for reactive power generation

Info

Publication number: DE1260607B
Application number: DEA36674A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Erich Uhlmann
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1960-02-12
Filing date: 1961-02-07
Publication date: 1968-02-08

Description

Stromrichter mit Kondensatoren zur Blindleistungserzeugung Bei Stromrichtern ist es bekannt, zwecks Erzeugung der Blindleistung Kondensatoren an die Wechselstromseite des Stromrichters anzuschließen. Werden diese Kondensatoren direkt an die Ventilzuleiter angeschlossen, so wird jeweils der zwischen zwei kommutierenden Ventilstrecken liegende Kondensator über die genannten Ventilstrecken kurzgeschlossen und eine momentane Kommutierung in dem Stromrichter verursacht. Eine solche momentane Kommutierung bedeutet aber eine sehr starke Beanspruchung des verlöschenden Ionenventils, da dieses dann nicht genügend entionisiert wird, bevor die Sperrspannung nach der Kommutierung dem Ionenventil aufgedrückt wird. Dies gilt nicht für die sogenannten Kommutierungskondensatoren, deren Aufgabe es ist, -die Kommutierung in Wechselrichtern zu bewirken, insbesondere bei solchen Wechselrichtern, auf deren Wechselstromseite keine Wechselstrommaschinen vorhanden sind.Converters with capacitors for reactive power generation With converters it is known, for the purpose of generating the reactive power, capacitors on the alternating current side of the converter. These capacitors are attached directly to the valve feeder connected, the one between two commutating valve sections is used Capacitor short-circuited across the valve sections mentioned and a momentary Commutation caused in the converter. Such a momentary commutation but means a very heavy load on the extinguishing ion valve, since this is then not sufficiently deionized before the reverse voltage is applied after commutation is pressed on the ion valve. This does not apply to the so-called commutation capacitors, whose task it is to bring about commutation in inverters, in particular with such inverters, on the alternating current side there are no alternating current machines available.

Bei Ionenventilen ist es von größter Bedeutung, daß eine verlöschende Ventilstrecke am Ende einer Kommutierung genügend entionisiert ist, d. h., daß die Anzahl von Ladungsträgern genügend niedrig ist, ehe die Ventilstrecke einer Sperrspannung ausgesetzt wird. Wenn dies nicht der Fall ist, besteht die Gefahr, daß Betriebsstörungen, z. B. Rückzündungen, auftreten. Die Anzahl von Ladungsträgern in einer Ventilstrecke zu einem gewissen Zeitpunkt beruht teils auf dem momentanen Strom und teils auf dem Strom, der vorher während kürzerer Zeit die Ventilstrecke passiert hat. Wird die Kommutierung in einem Stromrichter schnell ausgeführt, so wird jede Ventilstrecke nach der Kommutierung verhältnismäßig stark ionisiert. Ähnliche Verhältnisse sind bei Halbleiterventilen festgestellt worden, bei denen die lonisierung einen Rückstrom von sehr kurzer Dauer zur Folge hat, wenn die Sperrspannung dem Ventil aufgedrückt wird. Um diese Mängel zu vermeiden, zieht man es vor, die Blindleistungskondensatoren über einen Stromrichtertransformator anzuschließen. Das hat aber den Nachteil, daß die Blindleistung durch das Streufeld des Stromrichtertransformators übertragen werden muß. Die momentane Kommutierung bei direktem Anschluß bringt zudem eine Vereinfachung der Wechselrichtersteuerung.With ion valves it is of the utmost importance that an extinguishing The valve section is sufficiently deionized at the end of a commutation, d. i.e. that the Number of charge carriers is low enough before the valve path of a reverse voltage is exposed. If this is not the case, there is a risk of operational disruptions, z. B. backfiring occur. The number of load carriers in a valve section at some point is based partly on the instantaneous current and partly on the current that previously passed the valve path for a short period of time. Will the commutation in a converter is carried out quickly, so every valve section relatively strongly ionized after commutation. Similar ratios are has been found in semiconductor valves in which the ionization causes a reverse current of a very short duration when the blocking voltage is applied to the valve will. In order to avoid these shortcomings, it is preferred to use the reactive power capacitors to be connected via a converter transformer. But that has the disadvantage that transfer the reactive power through the stray field of the converter transformer must become. The current commutation with direct connection also brings a simplification the inverter control.

Um einen direkten Anschluß der Blindleistungskondensatoren ohne die genannten Nachteile zu ermöglichen, ist der Stromrichter erfindungsgemäß so ausgebildet, daß Transduktorelemente in den Ventilzuleitern zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren und den Ventilen eingeschaltet sind, deren Erregerwicklungen von Vormagnetisierungsströmen so beaufschlagt sind, daß bei der Kommutierung die resultierende Vormagnetisierung und Magnetisierung des Kommutierungsstromes in dem einen Transduktorelement im Kommutierungskreis einander entgegengerichtet sind und einander im Gleichgewicht halten, wenn der Kommutierungsstrom beinahe seinen vollen Wert erreicht hat, während die beiden Magnetisierungen in dem anderen Transduktorelement des Kommutierungskreises gleichgerichtet sind. Vorzugsweise werden als Vormagnetisierungsströme Phasenströme benutzt, die jeweils von anderen Phasen kommen.In order to connect the reactive power capacitors directly without the To enable the disadvantages mentioned, the converter is designed according to the invention in such a way that that transductor elements in the valve leads between the connections of the capacitors and the valves are switched on, their excitation windings from bias currents are acted upon in such a way that the resulting premagnetization during commutation and magnetization of the commutation current in the one transductor element in the commutation circuit are opposite to each other and keep each other in balance when the commutation current has almost reached its full value while the two magnetizations in are rectified to the other transducer element of the commutation circuit. Preferably phase currents are used as bias currents, each from others Phases come.

Die Einschaltung von Kommutierungsdrosseln ist z. B. bei mechanischen Stromrichtern schon bekannt, bei denen es wünschenswert ist, daß eine Kontaktstrecke nur einen sehr kleinen Strom leitet, sowohl wenn die Kontaktstrecke geschlossen als auch wenn sie unterbrochen wird. Eine solche stromschwache Periode ist indessen, wenn ein Ionenventil leitend wird, ganz unnötig und verursacht nur eine Verlängerung der Kommutierung bei Ionenventilen. Bei der Anordnung nach der Erfindung wird diese stromschwache Periode am Anfang der Kommutierung vermieden, und eine stromschwache Periode gleichzeitig am Ende der Kommutierung dadurch erhalten, daß die genannten Kommutierungsdrosseln in solcher Richtung vormagnetisiert sind, daß der Kommutierungsstrom unbehindert beinahe auf seinen vollen Wert anwachsen kann, während die Größe des Kommutierungsstromes während der Zeit, wo eine der genannten Kommutierungsdrosseln ummagnetisiert wird, einige Prozent unter ihrem vollen Wert bleibt. Hierdurch wird erreicht, daß ein verlöschendes Ventil während einer bestimmten Periode am Ende der Kommutierung einen ganz schwachen Strom leitet, wobei das Ventil, bevor die Sperrspannung aufgedrückt wird, erstionisiert werden kann.The activation of commutation chokes is z. B. with mechanical Converters already known in which it is desirable that a contact path only conducts a very small current, both when the contact path is closed as well as when it is interrupted. Such a weak period is, however, if an ion valve becomes conductive, it is completely unnecessary and only causes an elongation commutation in ion valves. In the arrangement according to the invention this is low-current period at the beginning of the commutation avoided, and a low-current period Period obtained at the same time at the end of commutation by the fact that the above Commutation reactors are premagnetized in such a direction that the commutation current can grow to almost its full value unimpeded, while the size of the Commutation current during the time when one of the mentioned commutation reactors magnetized remains a few percent below its full value. This ensures that a valve that goes out during a certain period at the end of the commutation a very weak current conducts, with the valve before the reverse voltage is applied, can be first ionized.

Die Kondensatoren sind gewöhnlich durch Filter-oder Dämpfungsanordnungen ergänzt. Diese können gleichzeitig als Anodendämpfungskreise arbeiten, so daß spezielle Anodendämpfungskreise überflüssig werden.The capacitors are usually through filter or damping arrangements added. These can work as anode damping circuits at the same time, so that special Anode damping circuits become superfluous.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben, in der F i g. 1. eine Schaltung nach der Erfindung für einen Zweiweg- Sechspulsstromrichter zeigt, während F i g. 2 die Ströme bei einer Kommutierung zeigt.The invention is described below with reference to the schematic drawing described in FIG. 1. a circuit according to the invention for a two-way Six-pulse converter shows, while F i g. 2 the currents during commutation shows.

F i g. 1 zeigt einen Zweiweg-Sechspulsstromrichter 1, der aus sechs Ventilen 4 bis 9 besteht und der ein Gleichstromnetz 2 und ein Wechselstromnetz 3 verbindet. In den Leitern 10, 11 und 12 des Wechselstromnetzes sind drei Transduktorelemente 13, 14 und 15 eingesetzt, jedes: mit einer Vormagnetisierungswicklung 13', 14' und 15'. Zwischen den Wechselstromleitern 10, 11 und 12 sind drei Kondensatoren 16, 1'7 und 18 in Dreieckschaltung angeschlossen. Wenn die Phasenfolge des Wechselstromnetzes die von den Ziffern 10, 11 und 12 angegebene ist, arbeitet diese Anordnung in folgender Weise: Wenn man annimmt, daß die Ventile 4 und 9 leitend sind, wird ein Strom J durch diese beiden Ventile fließen, der die Transduktorelemente in den gezeigten Richtungen magnetisiert. Der Strom J wird folglich die Hauptwicklung 13, die Vormagnetisierungswicklung 14', die Vormagnetisierungswicklung 13' und die Hauptwicklung 15 durchfließen. Gleichzeitig wird der Kondensator 16 von der Kommutierungsspannung zwischen den Ventilen 5 und 4, d. h. von der Spannung zwischen den Leitern 10 und 11 mit der gezeigten Polarität geladen. Die Kommutierung zwischen Iden Ventilen 4 und 5 ist nur möglich, wenn der Leiter 10 im Verhältnis zum Leiter 11 positiv ist, d. h., der Kondensator 16 mit der gezeigten Polarität geladen ist. Der Leiter 10 ist positiv im Verhältnis zum Leiter 11 während eines Intervalls von 180°. Während dieses Intervalls kann die Kommutierung mit einem gewissen Zündwinkel durchgeführt werden, dabei entspricht ein Zündwinkel von 0 bis 90° dem Gleichrichtergebiet, während ein Zündwinkel von 90 bis 180° dem Wechselrichtergebiet entspricht.F i g. 1 shows a two-way six-pulse converter 1 which consists of six valves 4 to 9 and which connects a direct current network 2 and an alternating current network 3. In the conductors 10, 11 and 12 of the alternating current network, three transducer elements 13, 14 and 15 are used, each with a bias winding 13 ', 14' and 15 '. Between the alternating current conductors 10, 11 and 12, three capacitors 16, 1'7 and 18 are connected in a delta connection. If the phase sequence of the alternating current network is that indicated by the digits 10, 11 and 12, this arrangement works in the following way: Assuming that the valves 4 and 9 are conductive, a current J will flow through these two valves, which the transductor elements magnetized in the directions shown. The current J will consequently flow through the main winding 13, the bias winding 14 ', the bias winding 13' and the main winding 15. At the same time, the capacitor 16 is charged by the commutation voltage between the valves 5 and 4, ie by the voltage between the conductors 10 and 11 with the polarity shown. The commutation between Iden valves 4 and 5 is only possible if the conductor 10 is positive in relation to the conductor 11, ie the capacitor 16 is charged with the polarity shown. The conductor 10 is positive with respect to the conductor 11 over an interval of 180 °. During this interval, the commutation can be carried out with a certain ignition angle; an ignition angle of 0 to 90 ° corresponds to the rectifier area, while an ignition angle of 90 to 180 ° corresponds to the inverter area.

Wenn das Ventil s zündet, beginnt ein Kommutierungsstrom i in dem Kommutierangskreis zu fließen, der aus dem Ventil 5, der Hauptwicklung 14, der Vormagnetisierungswicklung 15', dem Leiter 11, dem Kondensator 16, der Vormagnetisierungswicklung 14', der Hauptwicklung 13 und dem Ventil 4 besteht. Die Ladung des Kondensators 16 trägt zum Fließen dieses Stromes bei. Wenn der Kommutierungsstrom i den Wert J erreicht hat, ist die Kommutierung beendet, der Strom J ist also von dem Ventil 4 auf das Ventil 5 kommutiert.When the valve s ignites, a commutation current i begins in the Commutation circle to flow from the valve 5, the main winding 14, the bias winding 15 ', the conductor 11, the capacitor 16, the bias winding 14', the Main winding 13 and the valve 4 consists. The charge on the capacitor 16 carries contribute to the flow of this stream. When the commutation current i reaches the value J. has, the commutation is ended, the current J is from the valve 4 to the Valve 5 commutates.

Unter der Voraussetzung, daß die Windungszahl der Vormagnetisierungswicklungen kleiner als die Windungszahl der Hauptwicklungen ist, geht aus der F i g. 1 hervor, daß das Transduktorelement 15 nicht die Magnetisierungsrichtung während der Kommutierung ändern wird. Weiter geht aus der Figur hervor, daß das Transduktorelement 14, das durch den Strom J in der Vormagnetisierungswicklung 14' in einer Richtung magnetisiert ist, diese Magnetisierungsrichtung während der ganzen Kommutierung beibehalten wird, da der Kommutierungsstrom i die Hauptwicklung 14 in derselben Richtung magnetisieren wird wie die Magnetisierung des Stromes J des Transduktorelementes in der Vormagnetisierungswicldung 14'. Der Kommutierungsstrom i wird demnach, unabhängig von den genannten zwei Transduktorelements 13, das zufolge des Stromes J in der Figur hervor, daß die Magnetisierung des Transduktorelements 13, das zufolge des Stromes J in der Hauptwicklung 13 in einer Richtung magnetisiert ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt der Kommutierung seine Richtung ändert, nämlich zu dem Zeitpunkt, da die Summe der Amperewindungen des Kommutierungsstromes i in der Hauptwicklung 13 und des Vormagnetisierungsstromes J in der Vormagnetisierungswicklung 13', die Magnetisierung des Stromes J in der Hauptwicklung im Gleichgewicht hält. Der Kommutierungsstrom i wird folglich, ganz unabhängig von den beiden Transduktorelementen 14 und 15 und unabhängig von dem Transduktorelement 13 anwachsen, bis die verschiedenen Magnetisierungen dieses Elementes einander im Gleichgewicht halten. Wenn dieses Gleichgewicht erreicht ist, wird der Kommutierungsstrom sehr langsam anwachsen, bis das Transduktorelement 13 ummagnetisiert worden ist. Wenn das Transduktorelement ummagnetisiert ist, erreicht der Kommutierungsstrom sehr schnell seinen vollen Wert, wodurch das Ventil 4 stromlos wird. Während des letzten Teils der Kommutierung ist also das gewünschte Resultat erreicht worden, nämlich daß der Strom des verlöschenden Ventils 4, der aus dem Unterschied zwischen dem ursprünglichen Strom J und dem Kommutierungsstrom i besteht, während einer bestimmten Periode bei einem niedrigen, von dem Verhältnis der Windungszahlen in den Haupt- und Vormagnetisierungswicklungen des Transduktorelementes abhängigen Wert einigermaßen konstant gehalten wird. Die Stromverhältnisse während der Kommutierung werden in F i g. 2 gezeigt, aus welcher hervorgeht, daß der Strom der verlöschenden Ventilstrecke verhältnismäßig schnell auf einen ziemlich niedrigen Wert sinkt, der während einer bestimmten Periode beibehalten wird, während welcher die Ventilstrecke erstionisiert werden kann. In entsprechender Weise wird der Strom der zündenden Ventilstrecke sehr schnell, beinahe bis zu seinem vollen Wert anwachsen, während dieser volle Wert selbstverständlich erst nach einer Periode, die der stromschwachen Periode der verlöschenden Ventilstrecke entspricht, erreicht wird.Provided that the number of turns of the bias windings is smaller than the number of turns of the main windings, goes from FIG. 1 emerged, that the transductor element 15 does not change the direction of magnetization during commutation will change. It can also be seen from the figure that the transductor element 14, the magnetized in one direction by the current J in the bias winding 14 ' is, this direction of magnetization is maintained during the entire commutation, since the commutation current i magnetizes the main winding 14 in the same direction becomes like the magnetization of the current J of the transductor element in the bias winding 14 '. The commutation current i is therefore independent of the two transducer elements mentioned 13, which, as a result of the current J in the figure, shows that the magnetization of the transductor element 13, which magnetizes in one direction as a result of the current J in the main winding 13 is, at a certain point in time of the commutation changes its direction, namely at the time when the sum of the ampere turns of the commutation current i in the main winding 13 and the bias current J in the bias winding 13 ', which keeps the magnetization of the current J in the main winding in equilibrium. The commutation current i is consequently completely independent of the two transducer elements 14 and 15 and grow independently of the transductor element 13 until the different Magnetizations of this element keep each other in balance. If this Equilibrium is reached, the commutation current will increase very slowly, until the transductor element 13 has been remagnetized. When the transductor element is remagnetized, the commutation current very quickly reaches its full value, whereby the valve 4 is de-energized. During the last part of the commutation is thus the desired result has been achieved, namely that the stream of the extinguishing Valve 4, the difference between the original current J and the commutation current i exists, for a certain period at a low, on the ratio the number of turns in the main and bias windings of the transducer element dependent value is kept fairly constant. The current conditions during commutation are shown in FIG. 2, from which it can be seen that the current the valve range that is extinguished relatively quickly to a fairly low one Value which is maintained during a certain period during which the valve section can be first ionized. In a corresponding way is the current the igniting valve section grow very quickly, almost to its full value, during this full value, of course, only after a period that of the low-current Period corresponds to the extinguishing valve path is reached.

Mit einer Schaltung nach ,der Erfindung wird also die gewünschte stromschwache Periode in einer verlöschenden Ventilstrecke und folglich die gewünschte Entionisierung dieser verlöschenden Ventilstrecke erreicht, wodurch es möglich wird, die Kondensatoren für die Erzeugung von Blindleistung direkt an die Wechselstromseite des Stromrichters anzuschließen, ohne daß die Sicherheit einer verlöschenden Ventilstrecke gefährdet wird.With a circuit according to the invention, the desired low current is thus achieved Period in an extinguishing valve section and consequently the desired deionization this extinguishing valve path is reached, which makes it possible to use the capacitors for the generation of reactive power directly to the AC side of the converter to be connected without endangering the safety of an extinguishing valve section will.

Als Beispiel ist eine Zweiweg-Sechspulsschaltung gezeigt worden, aber die Anordnung nach der Erfindung kann natürlich für eine beliebige Stromrichterschaltung verwendet werden. Weiter kann in einer Schaltung wie die gezeigte, und übrigens in jeder beliebigen Schaltung, sowohl die Stromrichtung in den Vormagnetisierungswicklungen als auch die Phasenfolge in diesen umgekehrt werden. Jedenfalls werden immer die beiden den verlöschenden bzw. den zündenden Ventilstrecken entsprechenden Transduktorelemente mit ihren Hauptwicklungen in dem 5 Kommutierungskreis vorhanden sein, wobei das eine Element dieselbe Magnetisierungsrichtung während der ganzen Kommutierung beibehalten wird, während das andere bei einer bestimmten Größe des Kommutierungsstromes, abhängig vom Verhältnis 1o der Windungszahlen der Vormagnetisierungswicklungen zu denen der Hauptwicklungen, ummagnetisiert wird. zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren (16, 17, 18) und den Ventilen (4, 5, 6, 7, 8, 9) eingeschaltet sind, deren Erregerwicklungen (13', 14', 15') von Vormagnetisierungsströmen so beaufschlagt sind, daß bei der Kommutierung die resultierende Vormagnetisierung und Magnetisierung des Kommutierungsstromes in dem einen Transduktorelement im Kommutierungskreis einander entgegengerichtet sind und einander im Gleichgewicht halten, wenn der Kommutierungsstrom beinahe seinen vollen Wert erreicht hat, während die beiden Magnetisierungen in dem anderen Transduktorelement des Kommutierungskreises gleichgerichtet sind.As an example, a two-way six-pulse circuit has been shown, but the arrangement according to the invention can of course be used for any converter circuit be used. Next can be in a circuit like the one shown, and by the way in any circuit, both the current direction in the bias windings as well as the phase sequence in these can be reversed. In any case, they will always be two transducer elements corresponding to the extinguishing or igniting valve sections with their main windings in the 5 commutation circuit, whereby the keep an element in the same direction of magnetization during the entire commutation is, while the other is dependent on a certain size of the commutation current from the ratio 1o of the number of turns of the bias windings to those of the Main windings, is magnetized. between the terminals of the capacitors (16, 17, 18) and the valves (4, 5, 6, 7, 8, 9) are switched on, their excitation windings (13 ', 14', 15 ') of bias currents are applied so that in the Commutation the resulting premagnetization and magnetization of the commutation current in the one transductor element in the commutation circuit are opposite to each other and keep each other in equilibrium when the commutation current is almost its has reached full value, while the two magnetizations in the other transductor element of the commutation circuit are rectified.

2. Stromrichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Vormagnetisierungsströme von den anderen Phasenströmen kommen.2. Converter according to claim 1, characterized in that said Bias currents come from the other phase currents.

Claims

Claims: 1. Converter with capacitors for reactive power generation, connected between the valve leads of a converter transformer are, in particular, power converters with ion valves and capacitors with filter assemblies are combined, characterized in that transductor elements (13, 14, 15) in the valve feed lines (10, 11, 12). Considered publications: German Patent No. 701382; British Patent No. 430,651; U.S. Patent No. 2,210,785.